袁　川，陳恩格，范江江

(四川師范大學(xué) 體育學(xué)院，成都　610101)

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網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)不同擊球技術(shù)攝氧量和心率反應(yīng)研究

袁川，陳恩格，范江江

(四川師范大學(xué) 體育學(xué)院，成都610101)

摘要：目的：為研究網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)不同擊球技術(shù)的攝氧量和心率變化特點(diǎn)，為網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的發(fā)展、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練及其能量消耗的評(píng)估提供理論依據(jù)。方法：利用間接測(cè)熱儀器(cosmedK4b2)對(duì)21名受試者分別在低球速(30 km/h)、高球速(60 km/h)各進(jìn)行一次時(shí)常2分鐘的原地正手擊球、原地反手擊球、側(cè)向移動(dòng)正手擊球、側(cè)向移動(dòng)反手擊球、上前正手擊球(只在低速進(jìn)行)、上前反手擊球(只在低速進(jìn)行)、側(cè)向移動(dòng)正反手交替擊球，對(duì)其VO2和心率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)果：結(jié)果顯示VO2值在25.8-37.4 mL·kg-1·min-1之間，HR在83.6-157.2次/min之間；結(jié)論：在沒(méi)有移動(dòng)和向側(cè)移動(dòng)時(shí)，正手擊球的VO2明顯低于反手擊球；側(cè)向移動(dòng)擊球的VO2明顯高于向前移動(dòng)擊球和側(cè)向移動(dòng)正反手交替擊球；高球速下?lián)羟虮鹊颓蛩傧聯(lián)羟虻腣O2更高。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)球；擊球技術(shù)；攝氧量；心率

1問(wèn)題的提出

網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)是世界上最流行和廣泛開(kāi)展的體育項(xiàng)目之一，但是對(duì)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不同擊球技術(shù)的代謝反應(yīng)和能量需求的研究卻并不多見(jiàn)[1]。了解網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)不同擊球技術(shù)的能量消耗對(duì)于科學(xué)指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)健身以及推動(dòng)項(xiàng)目發(fā)展具有重要意義。

有研究報(bào)道了運(yùn)動(dòng)員在不同球場(chǎng)地面(草地、硬地)進(jìn)攻和防守有效運(yùn)動(dòng)的時(shí)間[2-3],卻沒(méi)有涉及能量消耗研究。有學(xué)者實(shí)驗(yàn)測(cè)試了心臟速率—攝氧量(HR-VO2)關(guān)系[4]，或通過(guò)間接測(cè)熱法對(duì)網(wǎng)球比賽的攝氧量(VO2)進(jìn)行了評(píng)估與研究[2，5]；一些研究報(bào)告指出平均VO2為在24—29 mL·kg-1·min-1[6]?？梢?jiàn)，到目前為止研究者們只是對(duì)沒(méi)有任何干預(yù)的網(wǎng)球比賽所有活動(dòng)中總的生理反應(yīng)所體現(xiàn)出來(lái)的平均VO2和心率(HR)進(jìn)行了評(píng)估和研究。但網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的正手擊球、反手擊球、原地?fù)羟?、?cè)向或者上前的移動(dòng)擊球，以及不同來(lái)球速度或者旋轉(zhuǎn)等，都會(huì)影響運(yùn)動(dòng)員的用力方式和能量消耗。近年來(lái)，雖有學(xué)者比較了在球場(chǎng)上的反手和正手擊球，以及在不同地面跑動(dòng)的耗氧量[7]，但其運(yùn)動(dòng)方案對(duì)VO2的解釋是不清楚的；還有學(xué)者對(duì)網(wǎng)球正手擊球、反手擊球的生物力學(xué)原理進(jìn)行了探討[8-9]，但并沒(méi)有對(duì)其能量消耗的特點(diǎn)進(jìn)行研究。

因此，為了進(jìn)一步探析網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的代謝特征，了解網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)健身價(jià)值，有必要對(duì)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)不同擊球技術(shù)的VO2和HR的特點(diǎn)進(jìn)行研究，為科學(xué)運(yùn)動(dòng)健身和網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練提供理論基礎(chǔ)。

2對(duì)象與方法

2.1研究對(duì)象

本實(shí)驗(yàn)選取18—25歲且有網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)(進(jìn)行了專業(yè)網(wǎng)球訓(xùn)練一年以上)的21名健康成年人(以在校大學(xué)生為主)為受試對(duì)象，其中男性16名，女性5名(詳情見(jiàn)表1)。受試者被要求沒(méi)有運(yùn)動(dòng)禁忌癥，身體健康。經(jīng)受試者同意后在測(cè)試知情同意書(shū)上簽字，在測(cè)試正式開(kāi)始前進(jìn)行培訓(xùn)，使其了解整個(gè)測(cè)試的注意事項(xiàng)和流程。

表1　受試者基本信息一覽表

表2　受試者網(wǎng)球訓(xùn)練信息一覽表

2.2研究方法

2.2.1實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備

本研究采用身高體重儀(恒康佳業(yè)HK-6000)在正式測(cè)試之前對(duì)受試者的身高、體重進(jìn)行測(cè)量。正式測(cè)試時(shí)讓每個(gè)受試者佩戴便攜式氣體代謝分析儀(cosmedK4b2，簡(jiǎn)稱K4b2)和Polar心率表對(duì)其VO2和HR進(jìn)行監(jiān)測(cè)，K4b2是由意大利Metabolic公司生產(chǎn)的，讓受試者佩帶呼吸面罩，通過(guò)內(nèi)置的氣體代謝裝置分析受試者VO2和HR的變化。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試前的預(yù)熱和校檢、受試者的佩戴、實(shí)驗(yàn)操作者的檢測(cè)等均嚴(yán)格按使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。本研究采用斯波爾斯ss-8000網(wǎng)球發(fā)球機(jī)對(duì)網(wǎng)球落點(diǎn)、運(yùn)行軌跡、球速進(jìn)行控制。測(cè)試所用網(wǎng)球均為T(mén)eloon Rising球。

2.2.2測(cè)試內(nèi)容與方案

具體擊球位置、移動(dòng)方式、球落點(diǎn)及發(fā)球機(jī)擺放位置等見(jiàn)圖1。

如圖1所示，受試者以底線中心點(diǎn)O點(diǎn)為擊球的準(zhǔn)備位置和完成擊球后的結(jié)束位置。A1為原地正手擊球，B1為原地反手擊球，受試者在擊球過(guò)程中根據(jù)來(lái)球方向小碎步調(diào)整完成擊球；A2、A3為向前和側(cè)向移動(dòng)正手擊球，B2、B3為向前和側(cè)向移動(dòng)反手擊球，要求受試者根據(jù)來(lái)球方向向前或側(cè)向移動(dòng)2—3米完成擊球動(dòng)作；C1為側(cè)向移動(dòng)正反手交替擊球，要求受試者在落點(diǎn)1和落點(diǎn)2之間(距離為4—6米)來(lái)回移動(dòng)完成擊球。1、2、3、4、5、6分別是正手側(cè)向移動(dòng)擊球、反手側(cè)向移動(dòng)擊球、原地正手擊球、原地反手擊球、上前正手擊球和上前反手擊球落點(diǎn)位置，1、2、5、6距O點(diǎn)3米。受試者所有反手擊球均使用雙手反手擊球技術(shù)。A1、A3、B1、B3、C1方案分別在低球速(30 m/h)、高球速(60 km/h)各進(jìn)行一次測(cè)試，A2、B2只在低球速(30 km/h)進(jìn)行一次測(cè)試。發(fā)球機(jī)在中線上前后移動(dòng)，以調(diào)節(jié)球落點(diǎn)，發(fā)球機(jī)的發(fā)球間隔設(shè)定為12 s，來(lái)球不帶任何旋轉(zhuǎn)。每個(gè)練習(xí)項(xiàng)目進(jìn)行2分鐘，間隔時(shí)間為1分鐘。

受試者被要求在測(cè)試前1小時(shí)沒(méi)有大量進(jìn)食，且均有5分鐘左右的熱身與準(zhǔn)備活動(dòng)時(shí)間，身體和心理上無(wú)異常。在擊球過(guò)程中要求其對(duì)于每個(gè)擊球均勻用力，打出直線底線球，在球場(chǎng)對(duì)面底線與擊球位置相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)擺上標(biāo)志物，以方便受試者按實(shí)驗(yàn)方案完成擊球。測(cè)試員對(duì)受試者每個(gè)練習(xí)階段的擊球個(gè)數(shù)進(jìn)行記錄。本研究的全部運(yùn)動(dòng)過(guò)程均在室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球場(chǎng)地進(jìn)行。

圖1　運(yùn)動(dòng)方案示意圖

2.2.3數(shù)據(jù)分析

3研究結(jié)果

如表3所示，不同球速、不同移動(dòng)方式和不同擊球方式下，受試者的VO2、HR具有顯著性差異(P<0.05)。

注：VO2單位是“mL·kg-1·min-1”，HR單位是“次/min”，全文一致并做省略處理。

3.1正手擊球和反手擊球

圖2　不同擊球方式的VO2折線圖

圖3　不同擊球方式的HR折線圖

如圖2所示，正手擊球在原地和向側(cè)移動(dòng)時(shí)VO2明顯比反手低，A1低速(25.8±6.7)、A1高速(27.0±7.3)、A3低速(35.3±7.7)、A3高速(36.7±8.8)、A2低速(34.9±7.9)比相應(yīng)的反手(27.8±6.8、28.1±7.3、36.2±7.9、37.4±8.3、34.3±7.7)分別低了7.2%、3.9%、2.5%、1.9%和1.7%，其中除了上前移動(dòng)擊球外，低球速時(shí)反手與正手擊球VO2差異比高球速下更大。從HR來(lái)看(圖3)，其變化特點(diǎn)同VO2一樣，A1低速(123.5±25.5)、A3低速(139.8±29.8)和A3高速(154.1±19.9)明顯低于B1低速(127.8±23.8)、B3低速(149.6±25.7)和B3高速(157.2±19.7)；而A2低速(153.8±16.6)高于B2低速(152.7±17.9)；A1高速(140.9±17.7)卻明顯低于B1高速(146.0±18.8)。

3.2三種不同移動(dòng)方式擊球

受試者以不同移動(dòng)方式擊球，其VO2與RH也明顯不同。如圖4、圖5所示，無(wú)論是在低球速還是在高球速下，側(cè)向移動(dòng)擊球(A3、B3)的VO2均明顯高于上前移動(dòng)擊球(A2、B2)和側(cè)向移動(dòng)正反手交替擊球(C1)，且高球速側(cè)向移動(dòng)擊球(A3、B3)的VO2更高。低球速的側(cè)向移動(dòng)擊球(A3/B3低)平均比上前移動(dòng)擊球(A2/B2低)和側(cè)向移動(dòng)正反手交替擊球(C1低)的VO2高3.2%和7.9%，上前移動(dòng)擊球(A2/B2低)比側(cè)向移動(dòng)正反手交替擊球(C1低)的VO2高4.5%；高球速下側(cè)向移動(dòng)擊球(A3/B3高)比側(cè)向移動(dòng)正反手交替擊球(C1高)的VO2高5.8%。

受試者的HR和VO2有相似之處但也存在差異(圖5)，不同球速下不同移動(dòng)擊球方式的HR值波動(dòng)幅度較大，高球速下側(cè)向移動(dòng)擊球(A3/B3高)和側(cè)向移動(dòng)正反手交替擊球(C1高)的HR比低速下(A3/B3低、C1低)高出6.5%和1.8%，低球速下的上前移動(dòng)擊球(A2/B2低)比側(cè)向移動(dòng)擊球(C1低)的HR高出2.2%，在相同速度下上前擊球的HR明顯高于其他移動(dòng)方式擊球，隨著球速的增加側(cè)向移動(dòng)擊球的HR逐漸超過(guò)側(cè)向移動(dòng)正反手交替擊球。

圖4　不同移動(dòng)方式擊球的VO2值柱狀圖

圖5　不同移動(dòng)方式擊球HR值柱狀圖

3.3不同球速的擊球

圖6　不同球速下?lián)羟虻腣O2值柱狀圖

圖7　不同球速下?lián)羟虻腍R值柱狀圖

研究結(jié)果顯示，受試者在高球速下?lián)羟虮仍诘颓蛩傧聯(lián)羟騐O2更高，高球速下的原地?fù)羟?A1/B1高)、側(cè)向移動(dòng)擊球(A3/B3高)、側(cè)向移動(dòng)正反手交替擊球(C1高)比低球速下相同擊球方式的VO2分別高2.6%、2.8%和4.8%。

研究結(jié)果顯示，高球速擊球比低球速擊球HR反應(yīng)更為強(qiáng)烈，高球速下的原地?fù)羟?A1/B1高)、側(cè)向移動(dòng)擊球(A3/B3高)、側(cè)向移動(dòng)正反手交替擊球(C1高)比低球速下相同擊球方式的HR分別高了11.3%、6.5%和1.8%。

4分析與討論

本研究的目的是評(píng)估和比較不同擊球方式(A1、B1、A3、B3、A2、B2、C1)在不同球速下VO2和RH反應(yīng)。本研究利用K4b2對(duì)各個(gè)運(yùn)動(dòng)階段進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該方法被廣泛應(yīng)用于安靜和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的能量代謝測(cè)定,其信效度已被眾多研究證明是可靠的[10-12]。由于受試者的限制，本研究把男性和女性合并在一起分析。

研究結(jié)果表明，不同擊球方式的VO2有所差異，處于25.8—37.4之間，此前Smekal等人[13]研究顯示，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的VO2在24—29之間。這表明，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)中某些具體運(yùn)動(dòng)方式的VO2比網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)或比賽的整體VO2要高很多。從本研究的HR值來(lái)看，其變化特點(diǎn)與VO2變化特點(diǎn)有相似之處，不同擊球方式下HR有較大的波動(dòng)幅度，其變化值在123.5—153.8之間。

4.1不同擊球方式的攝氧量

圖2表明反手擊球通常比正手擊球耗氧更多。從能量守恒的角度來(lái)講，人體所消耗的能量應(yīng)該完全轉(zhuǎn)化為擊球瞬間的擊打力量，但是往往由于各種原因(如阻力、肌肉用力方式、揮拍軌跡等)，這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的消耗是不可避免的。反手擊球(默認(rèn)為雙手握拍)，右臂向前伸展時(shí)受到身體的限制，擊球點(diǎn)較近，導(dǎo)致額外消耗增加，因此運(yùn)動(dòng)員為了達(dá)到更好的擊球效果就需要消耗更多能量[14]。而正手擊球不受身體的限制，更利于發(fā)揮全身之力擊球，擊球也更省力[15]。

4.2不同移動(dòng)方式的攝氧量

毋庸置疑，移動(dòng)中擊球比在原地?fù)羟蚝难趿扛?。在向?cè)移動(dòng)擊球過(guò)程中，由于球的落點(diǎn)距離準(zhǔn)備位置較遠(yuǎn)(3米)，運(yùn)動(dòng)員首先需要做一個(gè)90度轉(zhuǎn)身，并快速移動(dòng)到合理?yè)羟騾^(qū)，完成擊球動(dòng)作后再快速返回到準(zhǔn)備位置，整個(gè)過(guò)程涉及到三個(gè)轉(zhuǎn)身(共270度，不算擊球的轉(zhuǎn)體動(dòng)作)、兩個(gè)跑動(dòng)距離(共5—6米)。在向前的移動(dòng)擊球過(guò)程中，其移動(dòng)距離相同，但不需要轉(zhuǎn)體動(dòng)作，早在之前就有研究表明，折返跑同比同速度直線跑需要消耗更多的氧和能量[16]；同時(shí)擊球方式也對(duì)導(dǎo)致VO2的差異：人向前移動(dòng)有著與來(lái)球方向相反的慣性動(dòng)能，其對(duì)擊球有輔助作用，而向側(cè)移動(dòng)的慣性動(dòng)能與來(lái)球方向是垂直的，輔助作用不大，這就需要運(yùn)動(dòng)員調(diào)動(dòng)更多的能量完成擊球過(guò)程。本研究結(jié)果也顯示，側(cè)向移動(dòng)擊球比向前移動(dòng)擊球的VO2更大。

從研究結(jié)果還可以發(fā)現(xiàn)，移動(dòng)的正反手交替擊球比側(cè)向移動(dòng)擊球耗氧量低，從理論上講兩者應(yīng)該是一樣的。但移動(dòng)正反手交替擊球往往由于準(zhǔn)備時(shí)間不足或者移動(dòng)速度不夠快而導(dǎo)致?lián)羟驎r(shí)往往采取被動(dòng)的防守式擊球，身體并沒(méi)有做出完整的擊球過(guò)程，因而導(dǎo)致了其VO2稍低。

4.3不同球速下的攝氧量

本研究分別用30 km/h和60 km/h球速進(jìn)行了測(cè)試，在較高球速下運(yùn)動(dòng)員對(duì)來(lái)球的判斷和準(zhǔn)備時(shí)間明顯較短，這要求運(yùn)動(dòng)員移動(dòng)、引拍、揮拍速度都更快。同時(shí)由于球速快，來(lái)球的沖擊力度更大，運(yùn)動(dòng)員需要克服更大的阻力來(lái)完成擊球過(guò)程。所以運(yùn)動(dòng)員在較高球速下需要消耗能多的氧來(lái)支撐其生理需求，這與本研究結(jié)果(3.3)是一致的。有研究也報(bào)道了類似的結(jié)果，快速移動(dòng)擊球下VO2顯著高于低速移動(dòng)擊球[17]。

4.4心率反應(yīng)與攝氧量

王步標(biāo)指出，在一定范圍內(nèi)心率隨機(jī)體需氧量的增加而增加[18]。本研究通過(guò)曲線圖和散點(diǎn)圖(圖2、圖3、圖8)可以直觀地觀察到RH和VO2的變化情況：隨著運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，兩者變化基本同步，呈正相關(guān)。機(jī)體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中需要更多的氧來(lái)滿足其生理需求，必然導(dǎo)致機(jī)體心肺活動(dòng)加強(qiáng)、心率加快。

圖8　VO2、RH散點(diǎn)圖

5研究結(jié)論

本研究測(cè)試了網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)低球速和高球速下的原地?fù)羟颉?cè)向移動(dòng)擊球、向前移動(dòng)擊球和側(cè)向移動(dòng)正反手交替擊球的VO2和RH。結(jié)果顯示VO2在各練習(xí)中有顯著性變化，VO2平均值在25.8—37.4之間，HR在83.6—157.2之間。

在沒(méi)有移動(dòng)和向側(cè)移動(dòng)時(shí)，正手擊球的VO2比反手擊球要低2.0%—6.9%；側(cè)向移動(dòng)擊球同比向前移動(dòng)擊球和側(cè)向移動(dòng)正反手交替擊球的VO2要高3.1%—8.0%；較高球速下?lián)羟虮容^低球速下?lián)羟騐O2要高1.8%—11.4%。

心率變化與攝氧量的變化同步，成正相關(guān)。

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收稿日期：2016-03-09

基金項(xiàng)目：四川省科技廳項(xiàng)目“城市青少年體力活動(dòng)建成環(huán)境測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究”(2015ZR0214)

作者簡(jiǎn)介：袁川(1993-)，男，湖南株洲人，在讀碩士，研究方向?yàn)轶w力活動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)。

中圖分類號(hào)：G845

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-3596(2016)04-0083-06

Oxygen Uptake and Heart Rate Response of Different Stroke Skills during Tennis Games

YUAN Chuan, CHEN En-ge, FAN Jiang-jiang

(School of Physical Education, Sichuan Normal University, Chengdu 610101, China)

Abstract：Objective: This research aims at studying the changing characteristics in oxygen uptake and heart rate (HR) of different stroke skills during tennis games, and laying a theoretical foundation for the advancement of tennis, training and the evaluation of energy consumption. Methods: the indirect calorimetry instrument (cosmed K4b2) is introduced to monitor 21 volunteers who are required to anticipate in situ forehand stroke, situ backhand stroke, lateral movement forehand, lateral movement backhand, approached forehand (only at low velocity), approached backhand(only at low velocity), and lateral movement alternating forehand and backhand stroke. Each activity lasts two minutes at comparative low velocity (30km/h) and high velocity (60km/h) separately. Each stage produces a set of VO2 and HR data. Results: Those statistics indicate that the average level of VO2 ranges from 25.8 mL·kg-1·min-1to 37.4 mL·kg-1·min-1, and the HR ranges from 83.6 times per minute to 157.2 times per minute. Conclusions: VO2 level of forehand stroke is significantly lower than backhand stroke when there is no movement and side movement, VO2 during side movement stroke is higher than front movement stroke and lateral movement alternating forehand and backhand stroke, and stroke at higher velocity requires more VO2than the one at lower velocity.

Key words：tennis; stroke skills; oxygen uptake; heart rate